動車組齒輪箱用液壓清洗裝置的設計

陳 琪 馬玉強

(中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

在動車組行駛過程中，齒輪箱起著傳遞動力的作用，是轉向架上的關鍵部件之一。在齒輪箱大組裝完成后，對齒輪箱部件整體清洗尤為重要，已成為齒輪箱生產中的一道必要工序。根據齒輪箱生產工藝需要，設計了一套全自動液壓清洗裝置(見圖1)。該裝置主要用在生產流水線上，對齒輪箱進行動態清洗。本文就其主要技術性能、系統組成及設計思路作詳細介紹。

圖1 清洗裝置實物圖

1 齒輪箱清洗工作特點

動車組齒輪箱一般為一級圓柱齒輪傳動結構，組裝完成后的齒輪箱包括主從動齒輪、箱體、軸承、密封件及車軸。車軸貫穿齒輪箱，貫通部位采用非接觸式密封。箱體材料為鋁合金或球鐵，箱體上設有注油口和排油口。清洗過程中，齒輪箱低速正反向循環運轉，箱內油位油量動態平穩。

2 主要技術性能

清洗裝置的液壓系統提供清洗油，由齒輪箱注油口進油，從齒輪箱底部出油孔出油。液壓系統的主要技術指標如下：(1)油箱使用介質為專用清洗油；(2)清洗油采用三級過濾；(3)齒輪箱沖洗清潔度達到ISO4406：99-/14/11標準；(4)各種壓力、溫度、液壓控制應有傳感裝置與主控箱連接；(5)輔助過濾裝置實現自動循環；(6)系統回油設有磁性裝置，消除鐵屑及粉末對油泵的磨損；(7)油箱及管道材質：碳鋼采用全封閉鍍鋅油箱，并留有清洗口；(8)系統噪音不大于75 dB(A)；(9)液壓站布局美觀合理，便于檢修。

電氣控制系統采用PLC控制，通過調節變頻器的頻率來改變電機的轉速，以實現調節泵的流量大小。當設定流量后，通過流量計在線檢測并反饋，由PLC自動調節電機頻率，維持流量恒定，不需要操作者多次調節，操作簡單、方便。

控制面板上有觸摸屏實時顯示在線壓力、進出油的瞬時流量、油箱溫度、濾芯堵塞報警等信號，還可以設定循環清洗時間。

在清洗運轉過程中，系統自動實現進、回油流量基本相等，保持齒輪箱中油量動態平衡。在長時間連續工作的條件下，具有穩定的技術性能。

此外根據使用需求，電氣控制系統可實現手動控制和自動控制兩種方式。

3 液壓系統設計

(1)供油回路：該回路上設有1臺齒輪泵，1臺變頻調速電機，同時該回路設有2道精過濾，該過濾器為雙筒過濾器，工作時只有1個通道工作(一備一用)。供油管路中流量通過該回路上的流量計檢測，流量大小可通過PLC控制變頻電機轉速進行調節或手動調節閥控制[1]。

(2)抽油回路：該回路上設有1臺齒輪泵，1臺變頻調速電機。為了降低油污對齒輪泵工作性能的影響，保證齒輪泵正常工作，在排油口設有強磁過濾器進行粗過濾。由抽油泵抽出的油經過濾器后進入油箱。回路上設有流量計(數顯瞬時流量)顯示抽油流量，與供油回路類似，該流量大小可以調節，以保持清洗作業時齒輪箱內液面基本不變。

(3)自循環回路：該回路設有1臺自循環齒輪泵，1臺變頻調速電機流量連續可調，回路上設有一道半精過濾。為了給清洗油降溫，在回路上接有自動風冷卻器，超出設置溫度范圍時會自動啟動工作。

液壓系統原理圖如圖2所示。

圖2 液壓系統原理圖

清洗裝置工作時，連接好液壓管路，打開球閥，啟動供油泵向齒輪箱供油，供油泵的流量由流量計即時顯示。供油量達到設定值后，抽油泵開始工作，并通過PLC實時調節抽油泵輸出流量，保持齒輪箱中液面動態穩定。當排油流量低于警戒值時，清洗裝置自動停機，同時系統發出報警提醒操作者。

抽油回路中的油首先通過粗過濾器過濾，將油液中大于100 μm的污染物基本過濾掉，經抽油泵后再通過精度為30 μm的過濾器過濾。抽出的油隨后進入油箱的回油腔，通過由高性能磁鐵棒組成的磁柵對油液中的鐵質污染物進行過濾，最終油液流入沉淀箱，經過重力沉淀與氣泡上浮過程達到過濾效果。過濾達標后的清潔油再通過供油回路進入齒輪箱，完成清潔油的循環使用。

此外，該套系統配有加熱器、風冷卻器及溫度儀表，能根據設定要求自動加熱和冷卻。在油箱液位低或濾芯堵塞時，系統會報警提示。高精濾采用雙筒過濾器，當一只濾芯堵塞時只要切換到另一只過濾器即可正常工作，不需停機更換。

在清洗作業結束時，系統會自動發出蜂鳴報警，以提醒操作者該齒輪箱清洗工序完成。

4 電氣控制系統設計

電氣控制系統分電源、驅動系統、控制系統3個部分。廠房電源提供三相電380 V給電機，提供兩相電220 V給PLC供電，經變壓器提供24 V電給指示燈；驅動系統采用3個變頻器分別控制3臺變頻調速電機；控制系統由控制面板、PLC及其擴展模塊，溫度、流量、油位傳感器等控制元器件組成。

如圖3所示，用戶通過控制面板給設備下達工作指令，PLC接收指令后再將具體運行命令傳送給變頻器，從而驅動電機工作。同時，PLC還將接收液壓系統中的流量、油位傳感器的實時數據，即時調整電機的工作狀態，并將設備的運行信息呈現在控制面板[2]。

圖3 驅動及控制系統框架圖

控制面板采用液晶觸控屏可實時顯示在線溫度、流量、油站壓力、電機轉速等信息。其中循環泵轉速、流量及清洗時間、延時等參數可根據齒輪箱清洗工藝需求進行設置。

5 使用效果

本文設計的齒輪箱清洗裝置，投入使用三年多以來，運行正常，清洗質量穩定。實踐證明該設備完全滿足齒輪箱生產的清洗需求，液壓系統及電氣控制系統設計正確、合理，液壓系統無泄漏，控制操作簡單方便，是一套實用可靠的齒輪箱專用清洗設備。